Maladaptación
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MALADAPTACION LIMITACIONES AL PROCESO DE ADAPTACION Maladaptación El proceso adaptativo puede verse anulado por dos razones principales: 1) porque no haya posibilidades de selección natural (selección natural no es omnipotente), 2) porque la selección natural que ocurre dentro de generación no pueda llegar a materializarse en un estado de adaptación. Una población está dominada en un hábitat determinado por fenotipos con menor fitness que otros disponibles, fenómeno que se denomina maladaptación. Maladaptación Maladaptación Una posible definición: http://en.wikipedia.org/wiki/Maladaptation Maladaptación Maladaptación All pollinators 4 x Visitation rate (Insects·flower-1· hr-1) 0.11 0.10 O=14.69**** D=10.85**** 0.08 OxD=1.83 0.09 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 Maladaptación Maladaptación Maladaptación Principales limitaciones al procesos selectivo y adaptativo 1) Limitaciones genéticas y epigenéticas Ausencia de heredabilidad Mutaciones Correlaciones genéticas Epistasis y no aditividad Ventaja del heterozigoto 2) Limitaciones del desarrollo Limitaciones construccionales 3) Limitaciones ecológicas Deriva genética Evolución con selección subóptima Flujo génico Selección fluctuante Regímenes selectivos complejos Covarianza ambiental Evolución críptica 4) Limitaciones filogenéticas Lastre filogenético Cambios históricos en el paisaje adaptativo M. Ridley 2004. Evolution Maladaptación Limitaciones genéticas y epigenéticas No heritability El carácter puede no estar genéticamente programado, sino que puede ser resultado exclusivo del ambiente, o del aprendizaje. El carácter puede ser una consecuencia de las leyes de la física o de la química. (http://en.wikipedia.org/wiki/Heritability) Maladaptación Limitaciones genéticas y epigenéticas No heritability Ficedula albicollis Maladaptación Mutaciones Se producen continuamente, y son al azar, no están dirigidas para aumentar la adaptación de un individuo. Muchas mutaciones tienen un efecto negativo sobre la capacidad de supervivencia y reproducción de los individuos. El resultado es que toda población presenta una carga de defectos génicos (carga genética o mutacional). Carga mutacional: Es una carga genética producida por acumulación de mutaciones deletéreas Carga genética: La probabilidad relativa de que un individuo promedio muera antes de reproducirse debido a genes deletéreos que posee. (http://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_load) Epistasis y no aditividad de los efectos entre loci Un rasgo puede estar determinado por más de un gen, y la selección sobre él se anulará por la intervención de otro gen que hará que el rasgo quede igual. (http://en.wikipedia.org/wiki/Epistasis) Maladaptación Correlación genética entre caracteres La existencia de correlación genética entre caracteres puede deberse a: Pleiotropía: La influencia de un gen en múltiples rasgos debido al resultado de rutas bioquímicas, reguladoras y de desarrollo complejas. Desequilibrio de ligamiento: La existencia de un desequilibrio en la fase gamética entre genes afectando diferentes caracteres. En ambos casos, la selección indirecta sobre un rasgo correlacionado puede disminuir la fuerza de la selección natural. Maladaptación Limitaciones construccionales Una limitación de desarrollo es un sesgo en la producción de variantes fenotípicas o una limitación en la variabilidad fenotípica causada por la estructura, naturaleza, composición o dinámica del sistema de desarrollo. Las limitaciones del desarrollo se han invocado para explicar la aparente estasis de los fenotipos a lo largo de millones de año por los paleontólogo, y la imposibilidad de las formas vivas de llenar el morfoespacio posible de formas alternativas. Sin embargo, esta aproximación no tiene en cuenta que: 1) la selección natural puede ser la que origine esta ocupación del morfoespacio. 2) En el futuro se pueda rellenar el morfoespacio. Artefactos líticos Conchas de gasterópodos G.R. McGhee 2007. The Geometry of Evolution Maladaptación Limitaciones ecológicas Genetic drift When chance events preserve the survival of randomly selected organisms of a given population, and the resulting allele frequency of the descendant group differs statistically from the allele frequencies in the ancestral group, evolution can result from probabilistic phenomenon rather than selective pressures. A shift in the frequency distribution of alleles over time which occurs as a consequence of sampling error is called genetic drift. Small population size increases the probability of genetic drift C. Aver 1989. Patterns and Process in Evolution Maladaptación Evolución con selección subóptima Tamaños poblacionales diminutos. Si se parte de un grupo reducido de individuos que no son una representación de la muestra poblacional, se pueden seguir rutas evolutivas que desemboquen en picos adaptativos subóptimos. Bottleneck effect La población de una especie sufre oscilaciones periódicas en su tamaño. En una de ellas se pasa el umbral de número de individuos por debajo del cual la muestra de individuos ya no es representativa de la población original Maladaptación Founder effect Founder effect refers to the loss of genetic variation when a new colony is established by a very small number of individuals from a larger population In addition to founder effects, the new population is often a very small population and so shows increased sensitivity to genetic drift, an increase in inbreeding, and relatively low genetic variation. Reduced genetic variation means that the population may not be able to adapt to new selection pressures, such as climatic change or a shift in available resources, because the genetic variation that selection would act on may have already drifted out of the population. E. Mayr 1963. Animal species and evolution Maladaptación Gene flow El entrecruzamiento entre individuos pertenecientes a diferentes poblaciones produce hibridaciones que "diluyen" el efecto adaptador local en una población a un ambiente local (carga de migración). El flujo génico es lo que determina el tamaño "real", en términos de individuos que intercambian genes, de una población. La presencia de maladaptaciones también es conclusivo de áreas sumideros. En áreas sumidero las poblaciones pueden estar maladaptadas de forma estable porque los fenotipos no provienen de ese ambiente sino de otro que puede diferir en las presiones selectivas. Hay selección, pero no hay evolución. Maladaptación Fluctuating selection Figure. Comparison of morphological divergence under different evolutionary models. A. Randomly fluctuating selection. B. Random drift (Ne = 70). C. Stabilizing selection. D. Directionally biased selection. Maladaptación Fluctuating selection The mean response to selection in the different selected lines over generation number. The geotaxis phenotype attributed to each fly was the number of the vial into which it emerged from the maze . Thus flies arriving in the upper vial (exhibiting negative geotaxis) had a score of 1, and flies in the lowest vial (exhibiting positive geotaxis behavior) had a score of 10. For this figure, the mean geotaxis score calculated over the five replicates was subtracted from the mean of the controls. FR up, PR up, and NR up lines were selected for negative geotaxis over 30 generations. At generation 15, each selected line was used to generate new lines referred to as FR fluctuating, PR fluctuating, and NR fluctuating. These fluctuating lines were selected for positive geotaxis for 15 generations followed by selection for negative geotaxis for eight more generations. Maladaptación Environmental covariance Cualquier rasgo fenotípico es una combinación de componentes genéticos y ambientales. La selección en un rasgo heredable no resulta en evolución si la selección actúa sobre el componente ambiental no heredable. En este caso, el rasgo no se relaciona directamente con el fitness, sino a través de una variable ambiental no medida Maladaptación Complex selective regimes La existencia de más de una presión selectiva actuando sobre un determinado rasgo, etc. El diseño de un organismo debe ser un compromiso entre diferentes necesidades adaptativas, y estudiarlas por separado nos dará una idea equivocada del grado de adaptación de cada rasgo. Estas diferentes presiones selectivas pueden actuar sobre diferentes componentes del fitness, lo que puede generar conflictos selectivos. Maladaptación Polinizadores Agallíferos Depredadores de semillas Ungulados Herbívoros Sequía w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 β β β β β β β wgem Altura escapo 0.011±0.144 0.047±0.035 0.075±0.056 0.055±0.065 -0.009±0.074 0.126±0.180 0.126±0.180 0.066±0.122 Número de escapos 0.034±0.019 0.0148±0.033 -0.064±0.054 -0.050±0.062 -0.028±0.072 -0.252±0.173 -0.252±0.173 -0.117±0.117 Diámetro de escapos 0.008±0.018 -0.059±0.038 -0.066±0.061 -0.179±0.071 -0.224±0.081 0.112±0.197 0.112±0.197 0.054±0.134 Número de flores 0.732±0.021 0.853±0.039 0.735±0.063 0.775±0.073 0.848±0.083 0.261±0.201 0.261±0.201 -0.114±0.137 -0.007±0.021 -0.127±0.055 -0.161±0.089 -0.141±0.104 -0.135±0.118 -0.524±0.289 -0.524±0.289 -0.587±0.197 0.039±0.031 0.130±0.055 0.204±0.089 0.236±0.103 0.183±0.117 0.533±0.286 0.533±0.286 0.512±0.194 -0.024±0.030 0.040±0.039 0.098±0.063 0.205±0.073 0.262±0.084 0.347±0.204 0.347±0.204 0.193±0.140 RW1 0.021±0.022 0.032±0.032 0.086±0.052 0.064±0.060 0.064±0.068 -0.009±0.166 -0.009±0.166 0.069±0.112 RW2 -0.001±0.018 0.014±0.031 0.005±0.051 -0.016±0.059 -0.006±0.067 0.446±0.163 0.439±0.163 0.299±0.112 RW3 -0.011±0.017 -0.047±0.032 -0.050±0.052 -0.016±0.060 -0.00±0.068 0.082±0.166 0.082±0.166 0.038±0.113 RW4 0.004±0.018 -0.017±0.033 -0.053±0.053 -0.109±0.062+ -0.100±0.070 -0.024±0.171 -0.024±0.171 0.021±0.118 Longitud de pétalo Diámetro floral Tubo corola R2 0.909 0.794 0.526 0.506 0.504 0.462 0.06 0.06 F 173.7**** 67.4**** 20.1**** 16.5**** 14.0**** 13.9**** 2.18** 2.04** Maladaptación Evolución críptica Un presupuesto asumido en la mayoría de los estudios longitudinales diseñados para investigar cambios microevolutivos es que el ambiente permanece constante. Sin embargo, si el ambiente cambia al mismo ritmo que el cambio evolutivo, es posible que la respuesta genética se vea enmascarada por un cambio opuesto en el ambiente. El fenotipo no cambia, aunque si el valor familiar. Y esto ocurre porque hay una fuerte covarianza negativa entre ambiente y genotipo. Lo que ocurre es que el componente ambiental disminuye a la misma tasa que aumenta el componente genético del rasgo, que como consecuencia no varía. El tamaño de puesta en el ánsar nival es heredable y bajo selección direccional positiva. Pero esta rasgo no cambia porque un incremento en tamaño de puesta aumenta el tamaño poblacional y dispara procesos denso-dependientes. Como los fenotipos hijos comparten el mismo rasgo que los padres, sufren más este factor ambiental. La conclusión es muy interesante. “Muchas transiciones evolutivas pueden consistir en cambios no visibles al nivel del fenotipo”. Maladaptación Maladaptación Limitaciones filogenéticas
